PETボトルの熱伝導と温度降下について

2010/02/26 15:23

このQ&Aのポイント

PETボトル成型後の温度降下について質問があります。
一般的な常温(20℃)環境での時間当たりの温度降下量を教えてください。
環境条件は2m/secと3m/secの風量が異なる2つの室内環境で、ボトル体積は概算にて500mlと2000mlの2種の封無し空ボトルです。

noname#230358

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noname#230359

2010/02/27 17:29 回答No.2

物体の表面から放熱については「熱伝達係数」という概念を使って計算します。無風条件において、熱伝達係数は表面積1m2・周囲と物体の温度差1Kあたり 14W程度です。（内訳：対流の成分が約7W、放射の成分が約７W）手許の500ml PETボトルの質量を測ってみたら約28gでした。また、表面積は外形寸法から計算して0.044m2程度。２番目の参考URLによれば、常温付近でのＰＥＴの比熱容量は1100～1200J／kg･K程度。この条件を、１番目の参考URL-熱の計算-温度上昇の計算を利用して、 60℃のPETボトルの温度が時間とともにどのように変化するか計算した結果が以下の通りです。無風状態において、60℃が30℃まで低下するのに約75秒という結果です。経過時間　物体の温度　　　←　　放　熱　量　　→ 　[秒]　　　 [℃] 　　放射　　　　対流　　　合計[W] 　　 0　　　60　　　　12.309　　　 12.32　　　 24.629 　　 5　　　56.18 　　10.922 　　　11.142　　　22.064 　　10　　　52.75　　　9.7194　　　10.087　　　19.806 　　15　　　49.67　　　8.6719　　　9.1396　　　17.812 　　20　　　46.91　　　7.7552　　　8.2878　　　16.043 　　25　　　44.42　　　6.9495　　　7.5205　　　14.47 　　30　　　42.17　　　6.2389　　　6.8284　　　13.067 　　35　　　40.14　　　5.6101　　　6.2035　　　11.814 　　40　　　38.31　　　5.0521　　　5.6385　　　10.691 　　45　　　36.65　　　4.5556　　　5.1272　　　9.6827 　　50　　　35.14　　　4.1126　　　4.6641　　　8.7767 　　55　　　33.78　　　3.7167　　　4.2443　　　7.9611 　　60　　　32.54　　　3.3622　　　3.8636　　　7.2258 　　65　　　31.42　　　3.044　　　 3.518　　　 6.562 　　70　　　30.4　　　 2.7582　　　3.2042　　　5.9623 　　75　　　29.48　　　2.5009　　　2.919　　　 5.4199 　以下省略３番目の参考URLの図３には、風速と熱伝達係数の関係が示されています。　このグラフをみると、風速2m/sにおける熱伝達係数は無風時の約２倍、風速3m/sでは約２．５倍のようです。 500mlPETボトルについて 60℃が30℃まで低下するのに要する時間を纏めると以下の通り条件　　　時間無風　　　約75秒 2m/s　　　約38秒 3m/s　　　約30秒詳細はご自身で計算してみてください。上記計算は、PETボトルの各部温度が均一という仮定をしています。実際には肉厚は均一ではありませんから、厚肉部の温度低下は計算結果より遅くなります。このようなところまで求めるには、３次元の熱解析に頼るほうが良いでしょう。